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Nanotubular tobacco mosaic virus (TMV) particles and RNA-free lower-order coat protein (CP) aggregates have been employed as enzyme carriers in different diagnostic layouts and compared for their influence on biosensor performance. In the following, we describe a label-free electrochemical biosensor for improved glucose detection by use of TMV adapters and the enzyme glucose oxidase (GOD). A specific and efficient immobilization of streptavidin-conjugated GOD ([SA]-GOD) complexes on biotinylated TMV nanotubes or CP aggregates was achieved via bioaffinity binding. Glucose sensors with adsorptively immobilized [SA]-GOD, and with [SA]-GOD cross-linked with glutardialdehyde, respectively, were tested in parallel on the same sensor chip. Comparison of these sensors revealed that TMV adapters enhanced the amperometric glucose detection remarkably, conveying highest sensitivity, an extended linear detection range and fastest response times. These results underline a great potential of an integration of virus/biomolecule hybrids with electronic transducers for applications in biosensorics and biochips. Here, we describe the fabrication and use of amperometric sensor chips combining an array of circular Pt electrodes, their loading with GOD-modified TMV nanotubes (and other GOD immobilization methods), and the subsequent investigations of the sensor performance.
Monitoring of organic acids (OA) and volatile fatty acids (VFA) is crucial for the control of anaerobic digestion. In case of unstable process conditions, an accumulation of these intermediates occurs. In the present work, two different enzyme-based biosensor arrays are combined and presented for facile electrochemical determination of several process-relevant analytes. Each biosensor utilizes a platinum sensor chip (14 × 14 mm²) with five individual working electrodes. The OA biosensor enables simultaneous measurement of ethanol, formate, d- and l-lactate, based on a bi-enzymatic detection principle. The second VFA biosensor provides an amperometric platform for quantification of acetate and propionate, mediated by oxidation of hydrogen peroxide. The cross-sensitivity of both biosensors toward potential interferents, typically present in fermentation samples, was investigated. The potential for practical application in complex media was successfully demonstrated in spiked sludge samples collected from three different biogas plants. Thereby, the results obtained by both of the biosensors were in good agreement to the applied reference measurements by photometry and gas chromatography, respectively. The proposed hybrid biosensor system was also used for long-term monitoring of a lab-scale biogas reactor (0.01 m³) for a period of 2 months. In combination with typically monitored parameters, such as gas quality, pH and FOS/TAC (volatile organic acids/total anorganic carbonate), the amperometric measurements of OA and VFA concentration could enhance the understanding of ongoing fermentation processes.
Human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPS-CM) today are widely used for the investigation of normal electromechanical cardiac function, of cardiac medication and of mutations. Computational models are thus established that simulate the behavior of this kind of cells. This section first motivates the modeling of hiPS-CM and then presents and discusses several modeling approaches of microscopic and macroscopic constituents of human-induced pluripotent stem cell-derived and mature human cardiac tissue. The focus is led on the mapping of the computational results one can achieve with these models onto mature human cardiomyocyte models, the latter being the real matter of interest. Model adaptivity is the key feature that is discussed because it opens the way for modeling various biological effects like biological variability, medication, mutation and phenotypical expression. We compare the computational with experimental results with respect to normal cardiac function and with respect to inotropic and chronotropic drug effects. The section closes with a discussion on the status quo of the specificity of computational models and on what challenges have to be solved to reach patient-specificity.
The continuing growth of scientific publications raises the question how research processes can be digitalized and thus realized more productively. Especially in information technology fields, research practice is characterized by a rapidly growing volume of publications. For the search process various information systems exist. However, the analysis of the published content is still a highly manual task. Therefore, we propose a text analytics system that allows a fully digitalized analysis of literature sources. We have realized a prototype by using EBSCO Discovery Service in combination with IBM Watson Explorer and demonstrated the results in real-life research projects. Potential addressees are research institutions, consulting firms, and decision-makers in politics and business practice.
Nach einem intensiven politischen Diskurs wurde im vergangenen Jahr die Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) verabschiedet. Die DSGVO ersetzt zum 25.5.2018 die bislang geltende, aus dem Jahre 1995 stammende Datenschutz-Richtlinie 95/46/EG. Die Novellierung des Datenschutzrechts bringt zahlreiche neue Anforderungen mit sich. Unternehmen sind daher gezwungen, sich auf die Änderungen einzustellen, ihre datenschutzrelevanten Prozesse im Hinblick auf die neuen Anforderungen zu überprüfen und bis zum Mai 2018 an der DSGVO auszurichten. Der Beitrag gibt einen kurzen Überblick über die zentralen Aspekte der Datenschutzreform und die damit einhergehenden Herausforderungen für Unternehmen.
Angesichts des anhaltenden Wachstums wissenschaftlicher Veröffentlichungen werden Instrumente benötigt, um Literaturanalysen durch Digitalisierung produktiver zu gestalten. Dieser Beitrag stellt einen Ansatz vor, der bibliographische Daten aus der Literaturdatenbank EBSCO Discovery Service mithilfe von Text-Analytics-Methoden erschließt. Die Lösung basiert auf dem Textanalysesystem IBM Watson Explorer und eignet sich für explorative Literaturanalysen, um beispielsweise den Status quo emergierender Technologiefelder in der Literatur zu reflektieren. Die generierten Ergebnisse sind in den Kontext der zunehmenden Werkzeugunterstützung des Literaturrechercheprozesses einzuordnen und können für intra- sowie interinstitutionelle Wissenstransferprozesse in Forschungs- und Beratungskontexten genutzt werden.
Zusammenfassung: In der Orthopädie zählt der therapeutische Ultraschall als Mittel zur Prävention und Therapiebegleitung. Er hat mechanische, thermische und physiko-chemische Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Um mehr Erkenntnisse über die thermischen Auswirkungen zu erlangen, wurden Versuche an einem Hydrogel-Phantom und an Probanden durchgeführt. Dabei entstand eine signifikante Erwärmung des Gewebes, welche beim Probandenversuch an der Oberfläche und beim Hydrogelversuch in der Tiefe gemessen wurde.
Summary: In orthopaedics, therapeutic ultrasound is a tool of prevention and therapy support. It has mechanical, thermal and physico-chemical effects on the human body. Tests with a hydrogel phantom and with human probands have been performed in order to obtain more knowledge about their thermal effects. Both tests measured temperature increases in cell tissue, on the surface with the human proband test and in depth with the hydrogel phantom test.
Untersuchungen zur Tragfähigkeit und Steifigkeit eines neuartigen Wandelements in Holzbauweisen
(2018)
Urbane Mobilitätskonzepte der Zukunft erfordern neue Unternehmensformen, idealerweise aus Old Economy und New Economy, sowie eine enge Anbindung an die gesellschaftsrelevante Zukunftsforschung. Für neue Fahrzeugkonzepte des Carsharing bedeutet dies, dass alle kostenverursachenden Faktoren erfasst und analysiert werden müssen. Die FH Aachen, share2drive und FEV geben einen Ausblick auf die zukünftige Fahrzeugklasse der Personal Public Vehicles als „Rolling Device“.
The UN sets the goal to ensure access to water and sanitation for all people by 2030. To address this goal, we present a multidisciplinary approach for designing water supply networks for slums in large cities by applying mathematical optimization. The problem is modeled as a mixed-integer linear problem (MILP) aiming to find a network describing the optimal supply infrastructure. To illustrate the approach, we apply it on a small slum cluster in Dhaka, Bangladesh.
Mit modernen nicht invasiven bildgebenden Verfahren lassen sich anhand der Fundusfotografie bzw. der optischen Verfilmung Aspekte der funktionellen und strukturellen retinalen Gefäßveränderungen objektiv untersuchen. Der Zustand und das Verhalten retinaler Gefäße beeinflussen im prä-, post- und kapillaren Bereich den Blutfluss und strömungsbedingte Stoffwechselverhältnisse passiv und aktiv über den Gefäßdurchmesser. Retinale Gefäße gleichen von Aufbau und Funktion den zerebralen Gefäßen und spiegeln den Zustand der Mikrozirkulation wider. Mithilfe von aus den Gefäßweiten berechneten Biomarkern soll eine Aussage über die Prognose von systemischen vaskulär bedingten Erkrankungen getroffen werden. Die statische retinale Gefäßanalyse befasst sich mit der Untersuchung des Zustandes der prä- und postkapillaren Gefäßdurchmesser der retinalen Mikrozirkulation anhand einer optischen Fundusaufnahme. Bei der dynamischen retinalen Gefäßanalyse wird der Längsschnitt eines retinalen Gefäßes nicht invasiv funktionell und strukturell über einen Zeitraum vor, während und nach einer spezifischen vaskulären Stimulation untersucht. Die genaue Methodologie der Auswertung und die Bezeichnung der Parameter variieren bei unterschiedlichen Ansätzen. Mittels retinaler Gefäßanalyse wurden bislang mehrere klinische Querschnitts- und Interventionsstudien in der Augenheilkunde und anderen Fachgebieten, inkl. Kardiologie, Neurologie, Neurochirurgie, Nephrologie, Gynäkologie, Sportmedizin, Diabetologie, Hypertensiologie usw. durchgeführt. Mit der statischen retinalen Gefäßanalyse steht eine kostengünstige, reproduzierbare, nicht invasive Screeningtechnik zur Verfügung, um eine prognostische Aussage über die Gefäßgesundheit eines individuellen Patienten zu treffen. Die dynamische retinale Gefäßanalyse besitzt ein weiteres diagnostisches Anwendungsspektrum als die statische, da sie das Verhalten retinaler Gefäße zeitkontinuierlich untersucht. Die Evaluation vaskulärer Erkrankungen sowie zerebro- bzw. kardiovaskulärer Morbidität und Mortalität mittels mehrerer methodologischer Modalitäten retinaler Gefäßanalyse mit ihren jeweiligen quantitativen Biomarkern bietet eine zukunftsträchtige diagnostische Perspektive. Die interdisziplinäre klinische Anwendung dieser vaskulären Biomarker gewinnt zunehmend an Bedeutung, sowohl in der Augenheilkunde als auch in anderen Fachgebieten.
Impaired cerebral autoregulation and neurovascular coupling (NVC) contribute to delayed cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage (SAH). Retinal vessel analysis (RVA) allows non-invasive assessment of vessel dimension and NVC hereby demonstrating a predictive value in the context of various neurovascular diseases. Using RVA as a translational approach, we aimed to assess the retinal vessels in patients with SAH. RVA was performed prospectively in 24 patients with acute SAH (group A: day 5–14), in 11 patients 3 months after ictus (group B: day 90 ± 35), and in 35 age-matched healthy controls (group C). Data was acquired using a Retinal Vessel Analyzer (Imedos Systems UG, Jena) for examination of retinal vessel dimension and NVC using flicker-light excitation. Diameter of retinal vessels—central retinal arteriolar and venular equivalent—was significantly reduced in the acute phase (p < 0.001) with gradual improvement in group B (p < 0.05). Arterial NVC of group A was significantly impaired with diminished dilatation (p < 0.001) and reduced area under the curve (p < 0.01) when compared to group C. Group B showed persistent prolonged latency of arterial dilation (p < 0.05). Venous NVC was significantly delayed after SAH compared to group C (A p < 0.001; B p < 0.05). To our knowledge, this is the first clinical study to document retinal vasoconstriction and impairment of NVC in patients with SAH. Using non-invasive RVA as a translational approach, characteristic patterns of compromise were detected for the arterial and venous compartment of the neurovascular unit in a time-dependent fashion. Recruitment will continue to facilitate a correlation analysis with clinical course and outcome.
Vectrino profiler spatial filtering for shear flows based on the mean velocity gradient equation
(2018)
A new methodology is proposed to spatially filter acoustic Doppler velocimetry data from a Vectrino profiler based on the differential mean velocity equation. Lower and upper bounds are formulated in terms of physically based flow constraints. Practical implementation is discussed, and its application is tested against data gathered from an open-channel flow over a stepped macroroughness surface. The method has proven to detect outliers occurring all over the distance range sampled by the Vectrino profiler and has shown to remain applicable out of the region of validity of the velocity gradient equation. Finally, a statistical analysis suggests that physically obtained bounds are asymptotically representative.
Bereits 2015 wurde in der Zeitschrift „Qualität in der Wissenschaft“ (QiW) über das Kooperationsprojekt „Guter Studienstart im Ingenieurbereich“, das Orientierungssemester von RWTH und FH Aachen, berichtet. In diesem Artikel legen wir den Schwerpunkt auf die Entwicklung des Projekts in den Jahren 2015 bis 2018 und geben eine Rückschau sowie einen Ausblick auf die Entwicklungsperspektiven nach dem offiziellen Projektende.
Recent analysis of scientific data from Cassini and earth-based observations gave evidence for a global ocean under a surrounding solid ice shell on Saturn's moon Enceladus. Images of Enceladus' South Pole showed several fissures in the ice shell with plumes constantly exhausting frozen water particles, building up the E-Ring, one of the outer rings of Saturn. In this southern region of Enceladus, the ice shell is considered to be as thin as 2 km, about an order of magnitude thinner than on the rest of the moon. Under the ice shell, there is a global ocean consisting of liquid water. Scientists are discussing different approaches the possibilities of taking samples of water, i.e. by melting through the ice using a melting probe. FH Aachen UAS developed a prototype of maneuverable melting probe which can navigate through the ice that has already been tested successfully in a terrestrial environment. This means no atmosphere and or ambient pressure, low ice temperatures of around 100 to 150K (near the South Pole) and a very low gravity of 0,114 m/s^2 or 1100 μg. Two of these influencing measures are about to be investigated at FH Aachen UAS in 2017, low ice temperature and low ambient pressure below the triple point of water. Low gravity cannot be easily simulated inside a large experiment chamber, though. Numerical simulations of the melting process at RWTH Aachen however are showing a gravity dependence of melting behavior. Considering this aspect, VIPER provides a link between large-scale experimental simulations at FH Aachen UAS and numerical simulations at RWTH Aachen. To analyze the melting process, about 90 seconds of experiment time in reduced gravity and low ambient pressure is provided by the REXUS rocket. In this time frame, the melting speed and contact force between ice and probes are measured, as well as heating power and a two-dimensional array of ice temperatures. Additionally, visual and infrared cameras are used to observe the melting process.
Wind is closely associated with the discussion of fairness in ski jumping. To counter-act its influence on the jump length, the International Ski Federation (FIS) has introduced a wind compensation approach. We applied three differently accurate computer models of the flight phase with wind (M1, M2, and M3) to study the jump length effects of various wind scenarios. The previously used model M1 is accurate for wind blowing in direction of the flight path, but inaccuracies are to be expected for wind directions deviating from the tangent to the flight path. M2 considers the change of airflow direction, but it does not consider the associated change in the angle of attack of the skis which additionally modifies drag and lift area time functions. M3 predicts the length effect for all wind directions within the plane of the flight trajectory without any mathematical simplification. Prediction errors of M3 are determined only by the quality of the input data: wind velocity, drag and lift area functions, take-off velocity, and weight. For comparing the three models, drag and lift area functions of an optimized reference jump were used. Results obtained with M2, which is much easier to handle than M3, did not deviate noticeably when compared to predictions of the reference model M3. Therefore, we suggest to use M2 in future applications. A comparison of M2 predictions with the FIS wind compensation system showed substantial discrepancies, for instance: in the first flight phase, tailwind can increase jump length, and headwind can decrease it; this is opposite of what had been anticipated before and is not considered in the current wind compensation system in ski jumping.
Wireless CAN
(2018)
In modernen elektronischen und mechatronischen Systemen, z. B. im industriellen oder automobil Bereich, kommunizieren eingebettete Steuergeräte und Sensoren vielfach über Bussysteme wie CAN oder LIN. Die Kommunikation findet in der Regel drahtgebunden statt, so dass der Kabelbaum für die Kommunikation sehr groß werden kann. Daher ist es naheliegend, Leitungen und dazugehörige Stecker, z. B. für nicht-sicherheitskritische Komfortsysteme, einzusparen und diese durch gerichtete Funkstrecken für kurze Entfernungen zu ersetzen. Somit könnten Komponenten wie ECUs oder Sensoren kabel- und steckerlos in ein Bussystem integriert werden. Zudem ist eine einfache galvanische und mechanische Trennung zu erreichen. Funkübertragung wird bei diesen Bussystemen derzeit nicht eingesetzt, da insbesondere die Echtzeitfähigkeit und die Robustheit der vorhandenen Funksysteme nicht den Anforderungen der Anwendungen entspricht. Zudem sind bestehende Funksysteme wie WLAN oder Bluetooth im Vergleich zur konventionellen Verkabelung teuer und es besteht hierbei die Möglichkeit, dass sie ausspioniert werden können und so sensible Daten entwendet werden können. In dieser Arbeit wird eine alternative Realisierung zu den bestehenden Funksystemen vorgestellt, die aus wenigen Komponenten aufzubauen ist. Es ist eine protokolllose, echtzeitfähige Übertragung möglich und somit die transparente Integration in ein Bussystem wie CAN.
Wireless CAN
(2018)
Das vorgestellte System zu Wireless CAN bietet die Möglichkeit, CAN kabellos zu übertragen. Beide vorgestellten und entwickelten Konzepte funktionieren korrekt und ermöglichen den Auf-bau von kabellosen CAN Schnittstellen. Durch den kleinen Aufbau kann diese Technologie auch für eingebettete Systeme verwendet werden. Zudem bietet dieser Ansatz die Möglichkeit, durch die Entwicklung von geeigneten ICs die Größe des Systems bis auf Bauteilgröße zu reduzieren, um eine noch bessere Integration in eingebettete Systeme zu ermöglichen. Dadurch wird die Technologie attraktiv für Einsatzgebiete, wo die oben aufgelisteten Vorteile zum Tragen kommen können. Diese Einsatzgebiete können sowohl im Automobil als auch im Industriebereich liegen.
Purpose — to compare the chemical elemental composition of vitreous cavity content taken from cadaveric eyes compared to samples taken from the eyes with terminal stage refractory glaucoma with decompensated intraocular pressure (IOP). Material and methods. The vitreous contents of the eyes from 2 groups were studied. The 1st group included 15 cadaveric eyes; the 2nd group included 15 eyes with refractory glaucoma in the terminal stage of the disease with decompensated IOP in patients with hypertension pain. The vitreal content samples were taken in the course of antiglaucoma surgery aimed at preserving the eye as an organ and involving employment of drainage in the vitreous cavity. The study of virtual contents was carried out on energy dispersive spectrometer Oxford X-Max 50 integrated into scanning electron microscope Zeiss EVO LS10. Results. Increased concentrations of Kalium and Phosphorus were detected in the vitreous content of cadaveric eyes compared with the vitreal content from the eyes with terminal glaucoma with decompensated IOP taken in vivo (K — 0.172/0.093; P — 0.045/0.025 mmol/L). In the vitreous cavity in the eyes with end-stage glaucoma with decompensated IOP, the concentration of Nitrogen was higher in comparison with human cadaver eyes (2.030/1.424 mmol/L). Conclusion. The increased concentrations of Kalium and Phosphorus in the vitreous content of cadaveric eyes is associated with postmortem autolytic processes and with the release of intracellular content in the destruction of cell membranes. The increased Nitrogen concentration in the vitreal contents of the eyes with terminal stage glaucoma with decompensated IOP may be associated with the presence of osmotically active nitrogen-containing compounds in the eyes with increased IOP.